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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen berührungsempfindlichen
Tastschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere
einen solchen Tastschalter zur Verwendung in einer Bedienungseinrichtung
eines Haushaltsgerätes.
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Der
grundsätzliche Aufbau und das Grundprinzip eines solchen
berührungsempfindlichen Tastschalters sind z. B. aus der
DE 40 07 971 A1 bekannt. Der
berührungsempfindliche Tastschalter weist einen elektromagnetische
Strahlung aussendenden Sender und einen elektromagnetische Strahlung
empfangenden Empfänger auf, die hinter einer für
die elektromagnetische Strahlung zumindest teildurchlässigen
Abdeckung angeordnet sind. Eine vorteilhafte Anwendung derartiger
berührungsempfindlicher Tastschalter ist z. B. der Einsatz
in Bedieneinrichtungen von Haushaltsgeräten wie Kochherden,
Glaskeramikkochfeldern, Mikrowellenherden und dergleichen, bei denen
der Tastschalter, damit er einfach zu bedienen und das Gerät
auch zu reinigen ist, hinter einer Abdeckung, wie beispielsweise
einer Glasplatte oder Glaskeramikplatte untergebracht ist.
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Ferner
beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster
DE 202 15 326 U1 der Anmelderin
einen berührungsempfindlichen Tastschalter, der zusätzlich eine
Signalisierungsleuchte aufweist, welche dem Benutzer z. B. die Betriebsbereitschaft
oder die erfolgte Bedienung des Tastschalters anzeigen kann.
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Aus
der
DE 10 2004
025 878 B4 ist ein berührungsempfindlicher Tastschalter
bekannt, der zwei Lichtleitelemente aufweist. Diese Lichtleitelemente
leiten Infrarotstrahlung vom Sender zur Reflexionsfläche
und weiter zum Empfänger. Zusätzlich wird von
einem Signalelement ausgehend sichtbares Licht in beide Lichtleitelemente
eingekoppelt und der Tastschalter beleuchtet. Da pro Tastschalter
zwei beleuchtete Felder vorliegen und zwischen den beiden Lichtleitelementen
eine Trennlinie sichtbar ist, ist das ästhetische Empfinden
des Bedieners gestört und der Bediener irritiert.
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Aus
der
DE 198 51 505
A1 ist eine nur ein einziges Lichtleitelement aufweisende
Signalisierungsleuchte bekannt. In das Lichtleitelement wird sowohl
sichtbares als auch Infrarotlicht eingestrahlt. Nachteilig an dieser
Ausgestaltung ist jedoch, dass einerseits nur ein sehr kleines Feld
mit sichtbarem Licht beleuchtet ist und andererseits auch durch
infrarote Störstrahlung, wie beispielsweise fehlgeleitete
Reflexionen, Schaltvorgänge ausgelöst werden können
und somit das Schaltverhalten unsicher ist.
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In
Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung deshalb
die Problemstellung zugrunde, einen berührungsempfindlichen
Tastschalter und eine Bedieneinrichtung mit einem solchen Tastschalter
bereitzustellen, der einerseits eine einzige durchgängig
beleuchtete Bedienfläche aufweist und andererseits ein
sicheres Schaltverhalten gewährleistet, das nicht durch
Störsignale auslösbar ist.
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Die
erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch einen Berührungsempfindlichen Tastschalter, mit einem
Infrarot-Strahlung aussendenden Sender und einem Infrarot-Strahlung
empfangenden Empfänger, und mit wenigstens einem sichtbares
Licht aussenden Signalelement, wobei Sender, Empfänger
und Signalelement in ein einziges Lichtleitelement einstrahlen,
wobei infolge optischer Strahlführung eine Trennung des
Sende- und des Empfangskanals im Lichtleitelement derart erfolgt,
dass sich an der dem Sender und dem Empfänger abgewandten
oberseitigen Fläche des Lichtleitelements nur auf einem
geringen Anteil der Fläche eine Überlagerung des
vom Sender bestrahlbaren und des vom Empfänger detektierbaren
Bereichs ergibt.
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Mit
anderen Worten weist der berührungsempfindliche Tastschalter
ein einziges Lichtleitelement auf, in das einerseits von einem Signalelement ausgesandtes
sichtbares Licht eingestrahlt wird und andererseits von einem Sender
ausgesandte Infrarotstrahlung eingekoppelt wird, deren reflektierte
Anteile im Lichtleitelement zum Infrarotstrahlung empfangenden Empfänger
geleitet wird. Zur Vermeidung von Störsignalen weist das
Lichtleiterelement in Folge optischer Strahlführung eine
Trennung des Sende- und des Empfangskanals auf. Durch die Auftrennung
des Sende- und Empfangskanals im Lichtleitelement ergibt sich auf
der dem Sender und dem Empfänger abgewandten oberseitigen
Fläche des Lichtleitelements auf nur einem geringen Flächenanteil eine Überlagerung
von Sende- und Empfangskanal.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Mittel zur optischen Strahlführung
für Sender, Empfänger und Signalelement durch
jeweils eine runde oder eckige Säule, die an der dem Sender,
Empfänger und Signalelement zugewandten unterseitigen Fläche
des Lichtleitelements ausgebildet ist.
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An
der unterseitigen Fläche des Lichtleitelements, die dem
Sender, Empfänger und Signalelement zugewandt sind, sind
Mittel zur optischen Strahlführung vorgesehen. Die Mittel
zur optischen Strahlführung sind jeweils eine Säule,
die dem Sender, dem Empfänger und dem Signalelement zugeordnet
ist, wobei die Säulen rund oder eckig ausgestaltet sind.
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In
einer bevorzugten Alternative ist das Mittel zur optischen Strahlführung
im Lichtleitelement integriert. Durch diese Maßnahme ergibt
sich ein besonders robustes Lichtleitelement. Das Mittel zur optischen
Strahlführung kann einerseits vom Lichtleitelement umschlossen
sein und andererseits auf das Lichtleitelement aufgesetzt sein.
Besonders vorteilhaft zur Vereinfachung des Montageaufwandes und zur
Reduzierung der Kosten sind Lichtleitelement und Mittel zur optischen
Strahlführung als ein Bauteil ausgeführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel zur optischen
Strahlführung im Lichtleitelement durch eine im Lichtleitelement
ringförmig um die Einkoppelfläche des Signalelements
verlaufende Nut oder durch eine gerade oder gebogen verlaufene Nut zwischen
den Einkoppelflächen von Sender und Signalelement sowie
durch eine gerade oder gebogen verlaufene Nut zwischen den Einkoppelflächen
von Signalelement und Empfänger gebildet.
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Das
Mittel zur optischen Strahlführung im Lichtleitelement
kann die Einkoppelfläche des Signalelements in Form einer
ringförmigen Nut umschließen. Besonders vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist, die Abschirmung der Einkoppelfläche des
Signalelements vor Infrarotstrahlung. Alternativ kann zwischen den
Einkoppelflächen von Sender und Signalelement eine Nut
verlaufen, die gerade oder gebogen ausgestaltet ist. Zusätzlich
zu dieser ersten Nut kann eine zweite gerade oder gebogen verlaufende
Nut zwischen den Einkoppelflächen von Signalelement und
Empfänger im Lichtleitelement vorhanden sein. Besonders
vorteilhaft an der unterschiedlichen Ausgestaltung der Nut ist die
Möglichkeit der Einflussnahme auf die optische Strahlführung.
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Vorteilhafterweise
verläuft die von der Mittelsenkrechten des Lichtleitelements
abgewandte Seite der Nut zur Mittelsenkrechten hin geneigt. Besonders vorteilhaft
an der Neigung der Seite der Nut, die von der Mittelsenkrechten
des Lichtleitelements abgewandt ist, dass die laterale Ausbreitung
des Sende- bzw. des Empfangskanals im Lichtleitelement durch den
Neigungswinkel einstellbar ist.
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Zweckmäßigerweise
verläuft die der Mittelsenkrechten des Lichtleitelements
zugewandte Seite der Nut von der Mittelsenkrechten weg geneigt. Durch
die Neigung der Mittelsenkrechten des Lichtleitelements zugewandten
Seite der Nut von der Mittelsenkrechten weg, wird gewährleistet,
dass die laterale Ausbreitung des sichtbaren Lichts im Lichtleitelement
und damit das Ausmaß der durch sichtbares Licht beleuchteten
Fläche des Lichtleitelements einstellbar ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die optische Strahlführung
außerhalb des Lichtleitelements durch eine Anordnung von
Sender, Empfänger und Signalelement mit unterschiedlichem
Abstand zum Lichtleitelement. In vorteilhafter Weise lassen sich
durch unterschiedliche Abstände von Sender, Empfänger
und Signalelement zum Lichtleitelement unterschiedliche Durchmesser
der Strahlkeulen einstellen und dadurch die Trennung von Sende-
und Empfangskanal sowie der beleuchtete Anteil des Lichtleitelements
bewirken.
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Vorteilhafterweise
weist das Lichtleitelement einen eckigen oder einen runden Querschnitt
auf und verläuft zwischen der unterseitigen und der oberseitigen
Fläche keilförmig oder konisch. Bei rundem oder eckigem
Querschnitt des Lichtleitelements wird durch eine konische oder
keilförmige Ausgestaltung zwischen der unterseitigen und
der oberseitigen Fläche des Lichtleitelements sichergestellt,
dass eine homogene Strahlungsverteilung von Infrarot und sichtbarem
Licht im Lichtleitelement vorliegt. Darüber hinaus lassen
sich konische oder keilförmige Lichtleitelemente besonders
einfach montieren und sind reversibel in einem entsprechend angepassten
Halterahmen fixiert.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung beträgt der
Anteil der Fläche des Lichtleitelements, auf dem die Überlagerung
des vom Sender bestrahlbaren und des vom Empfänger detektierbaren
Bereichs möglich ist, zwischen 0 bis maximal 40% und liegt
bevorzugt zwischen 0 bis maximal 20%.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Überlagerung von Sende- und
Empfangskanal in Bezug auf den Anteil der Fläche des Lichtleitelements
zwischen 0 bis maximal 40% beträgt. Hierdurch wird vermieden,
dass Störsignale als Schaltereignisse detektiert werden.
Zusätzlich hierzu wird das Signalrauschverhältnis
optimiert, wenn der überlagerte Anteil der Fläche
des Lichtleitelements zwischen 0 bis maximal 20% liegt. Optimal
ist ein Anteil der Fläche des Lichtleitelements auf dem
die Überlagerung von Sende- und Empfangskanal vorliegt,
wenn dieser Anteil zwischen 0 bis maximal 10% beträgt.
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Eine
zweite Aufgabe hinsichtlich einer Vorrichtung wird erfindungsgemäß gelöst
durch eine Bedieneinrichtung für ein Haushaltsgerät
mit wenigstens einem berührungsempfindlichen Tastschalter nach
einem der Ansprüche 1 bis 9.
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Besonders
vorteilhaft ist der berührungsempfindliche Tastschalter
hinter einer für elektromagnetische Strahlung zumindest
teildurchlässigen Abdeckung angeordnet, wobei die Abdeckung
in eine Bedienblende integriert ist. Hierdurch ist der Tastschalter
vor Verschmutzung und mechanischer Beschädigung geschützt.
Das einzige Lichtleitelement ist durch eine Halterung so über
einer Platine gehaltert, dass Sender, Empfänger und Lichtsignalelement in
das Lichtleitelement einstrahlen können. Das Lichtleitelement
kann in der Halterung durch Klemmen, Einlegen, mittels Federkraft
oder Kleben reversibel bzw. dauerhaft gehaltert sein. Hierdurch
ist einerseits eine flexiblere Montage bzw. ein besseres Handling
gewährleistet, andererseits kann dadurch auf konstruktive
Erfordernisse reagiert werden.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnung und anhand
einer nachstehenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines gehalterten ersten Lichtleitelements
im Querschnitt,
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2 eine
schematische Darstellung eines gehalterten ersten Lichtleitelements
im Querschnitt, wobei die Ansicht gegenüber 1 um
90° gedreht ist,
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3 schematisch
die Trennung von Sende- und Empfangskanal in einem Lichtleitelement,
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4 eine
schematische Darstellung eines zweiten Lichtleitelements und
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5 eine
schematische Darstellung eines dritten Lichtleitelements.
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Identische
Bezugszeichen bezeichnen in alle Figuren identische Komponenten.
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1 zeigt
in Form eines schematischen Querschnitts ein in einer Halterung 40 über
einer Platine 42 gehaltertes Lichtleitelement 18.
Neben weiteren elektronischen Bauteilen trägt die Platine 42,
in Form von SMD-Bauteilen, einen Sender 12, ein Signalelement 16 und
einen Empfänger 14. Der Sender 12 strahlt über
eine Einkoppelfläche des Lichtleitelements 18 Infrarotstrahlung
in das Lichtleitelement 18 ein, die über eine
Auskoppelfläche des Lichtleitelements 18 zum Empfänger 14 reflektiert
wird. Das Signalelement 16, beispielsweise eine LED, strahlt sichtbares
Licht in das Lichtleitelement 18 ein.
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In
diesem ersten Ausführungsbeispiel bildet eine ringförmige
Nut 32 um die Einkoppelfläche des Signalelements 16 im
Lichtleitelement 18 das Mittel zur optischen Strahlführung.
Die der Mittelsenkrechten 34 des Lichtleitelements 18 abgewandten
Seite 36 der Nut 32 ist zur Mittelsenkrechten 34 hin
geneigt. Durch die Neigung der Nutseite 36 wird eine Trennung
des Sendekanals 20 von dem Empfangskanal 22 erzielt.
Durch den Neigungswinkel der Nutseite 36 ist die Ausbreitung
des Sende- 20 und Empfangskanals 22 in die Richtung
der Mittelsenkrechten 34 festgelegt. Je flacher der Neigungswinkel
der Nutseite 36 ausgebildet ist, desto größer
ist der Bereich, in dem eine Überlagerung 26 des
Sende- 20 und Empfangskanals 22 auf der dem Sender 12 und Empfänger 14 abgewandten
oberseitigen Fläche 24 des Lichtleitelements 18 vorliegt.
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Alternativ
oder zusätzlich zu der, der Mittelsenkrechten 34 abgewandten
Nutseite 36, kann die der Mittelsenkrechten 34 zugewandte
Nutseite 38 geneigt ausgestaltet sein. Die Neigung der
Nutseite 38 ist dabei bevorzugt von der Mittelsenkrechten 34 weggeneigt,
so dass die laterale Ausbreitung des eingekoppelten sichtbaren Lichts
vom Signalelement 16 vorgegeben ist.
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Sowohl
die ringförmige Nut 32 als auch die gerade oder
gebogen verlaufende Nuten 46 können einseitig
geneigt oder beidseitig geneigt ausgebildet sein, also eine V-Form
aufweisen.
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Die
Halterung 40 kann auf unterschiedliche Weise ausgestaltet
sein. So kann die Halterung 40 der äußeren
Form des Lichtleitelements 18 angepasst sein, so dass das
Lichtleitelement 18 in der Halterung 40 verklemmt
und dadurch fixiert ist. Das Verklemmen ermöglicht einerseits
eine einfache Montage, da das Lichtleitelement 18 fixiert
ist, andererseits handelt es sich bei dieser Art der Fixierung um
eine reversible Fixierung. Weitere reversible Befestigungsmöglichkeiten
sind einfaches Einlegen in die Halterung 40 oder Verspannen
mittels Federn. Eine starre Fixierung des Lichtleitelements 18 kann durch
Verkleben erfolgen.
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2 zeigt
einen im Vergleich zu 1 um 90° gedrehten
schematischen Querschnitt durch einen berührungsempfindlichen
Tastschalter 10. Entsprechend den in 1 beschriebenen
Elementen zeigt 2 ein eckiges Lichtleitelement 18,
dass zwischen seiner unterseitigen und seiner oberseitigen Fläche 30, 24 keilförmig
verläuft und durch die Halterung 40 mittels Verklemmen
gehaltert ist.
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3 zeigt
schematisch ein eckiges Lichtleitelement 18, in dem der
sich vom Sender 12 erstreckende Sendekanal 20 und
der zum Empfänger 14 erstreckende Empfangskanal 22 zwischen
der unterseitigen Fläche 30 und der oberseitigen
Fläche 24 des Lichtleitelements 18 angedeutet
ist. Im dargestellten Beispielsfall ist der Anteil der Fläche
des Lichtleitelements 18, auf dem eine Überlagerung 26 des
Sende- 20 und des Empfangskanals 22 vorliegt, 0%.
Sende- 20 und Empfangskanal 22 sind also vollständig
voneinander entkoppelt. Zusätzlich zu Sende- 20 und
Empfangskanal 22 ist der vom Signalelement 16 durch
sichtbares Licht gebildete Beleuchtungskegel 44 mit gestrichelten
Linien angedeutet. In dieser Ausgestaltung wäre also die
komplette oberseitige Fläche 24 des Lichtleitelements 18 mit
sichtbarem Licht beleuchtet.
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4 zeigt
schematisch die Darstellung eines ebenfalls einteilig ausgestalteten
Lichtleitelements 18 an dessen dem Sender 12,
dem Empfänger 14 und dem Signalelement 16 zugewandten
unterseitigen Fläche 30 drei Säulen 28 mit
rundem Querschnitt ausgebildet sind. Jeweils eine der Säulen 28 ist
dem Sender 12, dem Empfänger 14 und dem Signalelement 16 zugeordnet.
Dabei stellen die Säulen 28 ein Mittel zur optischen
Strahlführung für Sender 12, Empfänger 14 und
Signalelement 16 dar. Die Säulen 28 und
das Lichtleitelement 18 können aus einem Teil
gebildet sein. Die Säulen 28 können aber auch
auf die unterseitige Fläche 30 des Lichtleitelements 18 aufgebracht
sein. Weiterhin sind Sende- 20 und Empfangskanal 22 sowie
der Lichtkegel 44 angedeutet.
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Hierbei wird das optische Mittel zur Strahlführung für
Sender 12, Empfänger 14 und Signalelement 16 dadurch
gebildet, dass Sender 12, Empfänger 14 und
Signalelement 16 mit unterschiedlichem Abstand zum Lichtleitelement 18 auf
der Platine 42 angeordnet sind. Durch den unterschiedlichen
Abstand von Sender 12 und Empfänger 14 zum
Signalelement 18 gegenüber dem Abstand des Signalelements 16 zum
Signalelement 18, wie in 5 dargestellt,
wird erreicht, dass die Ausbreitungskeule der jeweils ausgesendeten
Strahlung unterschiedlich breit ist. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise
ein schmaler Sendekanal 20 für Infrarotstrahlung
und damit auch ein schmaler Empfangskanal 22 eingestellt
werden, wodurch beide Kanäle 20, 22 von
einander entkoppelt sind. Ein weiter vom Lichtleitelement 18 beabstandetes
Signalelement 16 ergibt eine im Durchmesser größere
Abstrahlkeule für das sichtbare Licht, so dass beispielsweise
die ganze obere Fläche 24 beleuchtet wird.
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Für
jede Ausführungsform ist eine Überlagerung 26 von
Sende- 20 und Empfangskanal 22 insoweit geeignet
als der Anteil der Fläche der Überlagerung 26 zwischen
0% bis maximal 40% der oberseitigen Fläche 24 des
Lichtleitelements 18 beträgt. In einer bevorzugten
Ausgestaltung ist der Anteil der Fläche des Lichtleitelements 18 auf
dem eine Überlagerung 26 des Sende- 20 und
Empfangskanals 22 auftritt zwischen 0% bis maximal 20%.
Optimalerweise beschränkt sich der Anteil der Fläche
des Lichtleitelements 18, in dem eine Überlagerung 26 stattfindet, zwischen
0% bis maximal 10%.
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Sender 12,
Empfänger 14 und Signalelement 16 sind
bevorzugt SMD-Bauteile, die auf einer Platine 42 angebracht
sind. Bevorzugt handelt es sich bei dem Signalelement 16 um
eine LED. Bedieneinrichtungen mit derartigen Tastschaltern 10 sind für
alle elektronischen Geräte geeignet, bevorzugt jedoch Hausgeräte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4007971
A1 [0002]
- - DE 20215326 U1 [0003]
- - DE 102004025878 B4 [0004]
- - DE 19851505 A1 [0005]